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A Física que há por trás do carro do seu pai (ou o que você precisa saber sobre Máquinas Térmicas)

É, gente, a idade vai chegando e a gente vai ficando cada vez mais preguiçoso, né? Quando eu era novo, ia de bicicleta pra todos os lugares que eu queria. Comecei a ir para lugares mais distantes e a bicicleta não foi suficiente, então eu ia de ônibus/metrô/barca/kombi/jegue. Mas com o tempo, até esses meios de transporte começaram a ficar menos interessantes. Comecei a pensar então em comprar um carro pra sair por aí fazendo assim, ó:

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Mas antes de fazer essas manobras, quero entender o funcionamento de um motor pra poder não ser enganado pelos mecânicos de hoje em dia. Então “vem-ni-mim”, Física Maravilha, explicar o funcionamento das máquinas térmicas!

Vamos, primeiro, imaginar um gás dentro de um recipiente que tem um êmbolo em uma das partes, como na figura:

O funcionamento da máquina se dá de tal forma:

  1. Uma fonte esquenta o recipiente (num motor à combustão, esta fonte seria a combustão dentro do recipiente);
  2. A temperatura dentro do recipiente aumenta fazendo o gás se expandir;
  3. O gás empurra o embolo pra cima, realizando trabalho;
  4. O calor do recipiente é transferido para uma fonte fria (que seria um banho gelado pra resfriar o recipiente, transferindo assim o calor do recipiente para o líquido);
  5. A temperatura do recipiente diminui fazendo o gás se comprimir;
  6. Comprimido, o gás puxa o embolo pra baixo, retomando ao passo inicial.

 

Assim se dá o funcionamento de uma máquina térmica, e no início dos tempos os carros foram criados pensando nessa nova ciência.

Porém, há uma observação muito interessante a se fazer! Sempre dizemos que o rendimento de uma máquina térmica tem que ser menor que 100%, mas você entendeu onde há a perda desse rendimento ?

Você se lembra o que é rendimento?

Rendimento é o quanto as suas máquinas térmicas são proveitosa! Ou seja, é o quanto sua máquina consegue converter de energia dividido pelo quanto de energia você tem que dar pra sua máquina funcionar. Rendimento é sempre um valor menor que 100%, pois se fosse um valor maior do que 100% seria como se estivéssemos convertendo mais energia do que damos para a máquina! Sabemos que isso é impossível!

Mas ainda fica a dúvida inicial: por que não conseguimos ter uma máquina com 100% de rendimento?  Há perda de energia em alguma parte da nossa máquina?

Sim! Há perda, pois não conseguimos um embolo que não tenha atrito nenhum com as paredes do recipiente. Quando o embolo é deslocado, pra baixo ou pra cima, há uma erosão com as paredes do recipiente, e esta erosão é o que causa uma força de atrito que dissipa um pouco da energia que iríamos usar no rendimento.

Atualmente, os motores funcionam com mais tecnologias, porém o processo de pensar em transformar energia térmica em trabalho ainda é bem parecido com o resumo apresentado.

Curtiu? Estudou? Deixe seu comentário! =)